JP2010272659A - 超電導マグネット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は超電導コイルを支持する荷重支持体及びこれを有する超電導マグネット装置に関し、超電導コイルに対する侵入熱の低減を図ることを課題とする。
【解決手段】真空容器としても機能する鉄心１２と、超電導コイル１３と、超電導コイル１３が超電導状態となるよう冷却を行う冷凍機１８と、鉄心１２と超電導コイル１３との間に配設され鉄心１２に対して超電導コイル１３を支持する荷重支持体２０とを有する超電導マグネット装置であって、荷重支持体２０の端部に荷重支持球２３を配設し、鉄心１２及び超電導コイル１３（コイル容器１４）に対して荷重支持球２３が点接触するようにし、荷重支持体２０と鉄心１２及びコイル容器１４との接触面積を低減する。
【選択図】 図２

Description

本発明は超電導マグネット装置に係り、特に超電導コイルを支持する荷重支持体を有する超電導マグネット装置に関する。

従来の一例である超電導マグネット装置を図７に示す。同図に示す超電導マグネット装置１００は、超電導コイル１０３、伝熱ステージ１０４、荷重支持体１０５、熱シールド板１０７、冷凍機１０８、及び鉄心１１０等により構成されている。

鉄心１１０は気密性を有しており、内部を真空としうる構成となっている。超電導コイル１０３は低温超電導線材で形成されている。また、超電導コイル１０３は図示しない超電導リードにより外部から給電される構成となっており、これにより超電導コイル１０３は磁界を発生する。

冷凍機１０８は２段式の冷凍機であり、１段部１０８ａは熱シールド板１０７に熱的に接続され、２段部１０８ｂは伝熱ステージ１０４を介して超電導コイル１０３と熱的に接続されている。この超電導コイル１０３は伝熱部材１０４と熱的に接続されており、冷凍機１０８により伝熱部材１０４が冷却されることにより超電導コイル１０３も冷却される。また、熱シールド板１０７は冷凍機１０８で冷却されることにより、装置外部から超電導コイル１０３に伝達される熱（輻射熱）を遮断する。

荷重支持体１０５は、超電導コイル１０３の荷重を支持するものである（特許文献１参照）。この荷重は、超電導コイル１０３の自重、及び超電導コイル１０３が稼働した時に生じる電磁力による荷重を含む。特に鉄心１１０を設けた構成では、電磁力により超電導コイル１０３には変位しようとする力（荷重）が強く作用する。超電導コイル１０３が変位した場合、安定した磁場形成ができなくなる。このため、荷重支持体１０５を設け、超電導コイル１０３を支持することにより、超電導コイル１０３の変位を規制している。

特開２０００−３１２０３６号公報

ところで、この荷重支持体１０５は常温（約300K）の鉄心１１０から超電導コイル１０３に直接繋がるため、超電導コイル１０３への熱の侵入源となる。従来では、荷重支持体１０５として柱状の部材を用い、その一端部が直接鉄心１１０に固定され、他端が超電導コイル１０３に直接接合されていた。このため、荷重支持体１０５を介して超電導コイル１０３に侵入する侵入熱の熱量は多く、超電導コイル１０３の効率的な冷却を行うことができなかった。

このため、荷重支持体１０５を冷凍機１０８で冷却される熱シールド板１０７に熱的に接続し、冷凍機１０８で冷却することにより、荷重支持体１０５を介した超電導コイル１０３への侵入熱を抑制することが行われている。しかしながら、荷重支持体１０５を介した侵入熱を抑制するためには、その侵入熱のエネルギーも合わせて冷凍機１０８で冷却する必要があり、冷凍機１０８のランニングコストが上昇してしまう。また、侵入熱を防止する面から冷凍機１０８の台数を増やす必要が生じ、製品コストの上昇及び装置の大型化を招来してしまうという問題点もある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、超電導コイルに対する侵入熱の低減を図りうる超電導マグネット装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
真空容器と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルが超電導状態となるよう冷却を行う冷凍機と、
前記真空容器と前記超電導コイルとの間に配設され、前記真空容器に対して前記超電導コイルを支持する荷重支持体とを有する超電導マグネット装置であって、
前記荷重支持体の端部は、前記真空容器及び前記超電導コイルに対し、点接触又は線接触してなることを特徴とする超電導マグネット装置により解決することができる。

開示の超電導マグネット装置は、荷重支持体の端部が真空容器及び超電導コイルに対して点接触又は線接触した構成であるため、荷重支持体が真空容器及び超電導コイルと接触する接触面積が狭くなり、荷重支持体から超電導コイルに侵入する侵入熱を低減することができる。

図１は本発明の第１実施形態である超電導マグネット装置を示しており、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。 図２は本発明の第１実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。 図３は本発明の第２実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。 図４は、本発明の第３実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体を示す縦断面図である。 図５は本発明の第４実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は変形例である荷重支持体の平面図である。 図６は、本発明の第５実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体を示す縦断面図である。 図７は、従来の一例である超電導マグネット装置の縦断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態である超電導マグネット装置１０を示している。図１（Ａ）は超電導マグネット装置１０の横断面図であり、図１（Ｂ）は超電導マグネット装置１０の縦断面図である。この超電導マグネット装置１０は、例えば陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石に適用されるものである。

この超電導マグネット装置１０は冷凍機冷却式の超電導マグネット装置であり、大略すると鉄心１２、超電導コイル１３、熱シールド板１７、冷凍機１８、及び荷重支持体２０等を有している。

鉄心１２は真空容器としても機能する気密容器であり、図示しない真空ポンプに接続されている。この真空ポンプが稼働することにより、鉄心１２の内部は真空状態とされる構成となっている。この鉄心３０は超電導コイル１３で発生する磁束を案内するヨークとして機能し、よって鉄心３０を設けることにより超電導コイル１３で生成する磁束の均一化を図ることができる。

超電導コイル１３は、この鉄心１２の内部に配置される。超電導コイル１３は超電導線材で形成されており、本実施形態では高温超電導線材で形成されている。この超電導コイル１３の高温超電導線材としては、例えばBi2223，Bi2212，Y123，MgB2，FeAs，酸化物超伝導体等を用いることができる。この超電導コイル１３は、コイル容器１４内に収納されている（請求項に記載された超電導コイルは、コイル容器１４を含む概念であるとする）。尚、本実施形態では超電導線材として高温超電導線材を用いているが、低温超電導線材を用いる構成とすることも可能である。

超電導コイル１３には、電流ライン（図示を省略）を用いて給電が行われる。この電流ラインは、鉄心１２から熱シールド板１７までの間は電気伝導率の大きい材料（例えば、銅，アルミニウム等）が用いられ、熱シールド板１７から超電導コイル１３の間は超電導電流リードが用いられる。

冷凍機１８は、鉄心１２に固定されている。本実施形態では、冷凍機１８としてギフォードマクマホン式（ＧＭ式）の冷凍機を用いている。このＧＭ式の冷凍機１８は内設されたモータを駆動させることにより、ディスプレーサがシリンダ内で往復移動する構成とされている。そして、このディスプレーサの往復移動により、図示しない冷凍機コンプレッサから供給される高圧冷媒を断熱膨張させ、これにより寒冷を発生させる構成とされている。

このＧＭ冷凍機１８は２段式の冷凍機であり、１段部１８ａは熱シールド板１７に接続され、２段部１８ｂはコイル容器１４を介して超電導コイル１３に接続されている。コイル容器１４は冷凍機１８の１段部１８ａにより、70K〜110K程度に冷却される。また超電導コイル１３と熱的に接続したコイル容器１４は、２段部１８ｂにより10K〜40K程度に冷却される。よって、コイル容器１４に接続された超電導コイル１３は、冷凍機１８により冷却されることにより超電導状態を実現する。

熱シールド板１７は、超電導コイル１３を囲繞するよう設けられている。この熱シールド板１７は、前記のように冷凍機１８の１段部１８ａと熱的に接続されている。よって、熱シールド板１７を設けることにより、超電導コイル１３に侵入する輻射熱を低減することができる。この熱シールド板１７は、例えば銅やアルミニウムなどの伝熱特性の優れた材料により形成されている。

次に、荷重支持体２０につい説明する。

荷重支持体２０は鉄心１２と超電導コイル１３（コイル容器１４）との間に配設され、鉄心１２に対して超電導コイル１３を支持する機能を奏するものである。具体的には、荷重支持体２０は、超電導コイル１３の自重を支えると共に、稼働して磁場を発生した際に超電導コイル１３に印加される電磁力を受ける機能を奏するものである。よって、荷重支持体２０を設けることにより、超電導コイル１３は鉄心１２内の既定位置に支持される。（本明細書では、この自重と電磁力により超電導コイル１３に作用する力を合わせて荷重というものとする）。

図２は、荷重支持体２０を拡大して示している。図２（Ａ）は荷重支持体２０の縦断面図であり、図２（Ｂ）は荷重支持体２０を平面視した図（図２（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視図）である。尚、図２では、熱シールド板１７の図示は省略している。また、後に説明する各実施形態の説明で用いる図３〜６も同様とする。

荷重支持体２０は、円筒部２１、ホルダ部２２Ａ，２２Ｂ、及び荷重支持球２３Ａ，２３Ｂ等を有している。尚、荷重支持体２０は円筒部２１を中心として図中上下で対称な構成とされている。よって、荷重支持体２０の各構成要素の内、コイル容器１４（超電導コイル１３）側に配置される構成要素には符号に「Ａ」を付し、鉄心１２側に配置される構成要素には符号に「Ｂ」を付し、上下に位置する構成で共通する説明については適宜省略するものとする。

円筒部２１は、高強度の絶縁材料である繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと略称する）より形成されている。また、円筒部２１の長さは、荷重支持体２０の配置位置における鉄心１２とコイル容器１４との離間距離に応じ適宜設定されている。

ホルダ部２２Ａは円筒部２１のコイル容器１４（超電導コイル１３）側の端部に配設されており、またホルダ部２２Ｂは円筒部２１の鉄心１２側の端部に配設されている。この荷重支持球２３Ａ及びホルダ部２２Ｂは、円筒部２１と同様にＦＲＰにより形成されており、その形状は円筒部２１よりも大径の円柱形状とされている。

また、ホルダ部２２Ａのコイル容器１４と対向する面、及びホルダ部２２Ｂの鉄心１２と対向する面にはそれぞれ窪んだ装着部２２ａが形成されている。荷重支持球２３Ａ，２３Ｂは、この装着部２２ａ内に装着される。よって、荷重支持体２０は、その両端部に荷重支持球２３Ａ，２３Ｂが配設された構成となっている。

荷重支持球２３Ａ，２３Ｂは球状部材であり、その材料としては、例えばSUJ2,SUS440C,SUS304,セラミックス等を用いることができる。本実施形態では、ホルダ部２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ４個の荷重支持球２３Ａ，２３Ｂを配設した構成としている。４個の荷重支持球２３Ａ，２３Ｂは保持部材（リテーナー）２４Ａ，２４Ｂに保持されており、この保持部材２４Ａ，２４Ｂがホルダ部２２Ａ，２２Ｂに固定されることにより装着部２２ａ内に固定される。尚、荷重支持球２３Ａ，２３Ｂの装着部２２ａ内への配設数は４個に限定されるものではなく、適宜選定が可能なものである。

また、荷重支持球２３Ａ，２３Ｂは、装着部２２ａに装着された状態においてホルダ部２２Ａ，２２Ｂから突出するよう構成されている。即ち、荷重支持球２３Ａ，２３Ｂの直径は、装着部２２ａの深さよりも大きく設定されている。

よって、鉄心１２とコイル容器１４との間に荷重支持体２０を配設した際、コイル容器１４側では荷重支持球２３Ａがコイル容器１４と接触し、鉄心１２側では荷重支持球２３Ｂが鉄心１２と接触する。これにより、荷重支持体２０と鉄心１２との間、及び荷重支持体２０とコイル容器１４との間は、それぞれ点接触（４点での点接触）により支持された構成となる。

上記のようにホルダ部２２Ａ，２２Ｂ及び荷重支持球２３Ａ，２３Ｂは強度の高い材質により形成されているため、荷重支持体２０と鉄心１２との間及び荷重支持体２０とコイル容器１４との間を点接触により支持する構成としても、ホルダ部２２Ａ，２２Ｂ及び荷重支持球２３Ａ，２３Ｂが損傷するようなことはない。よって、コイル容器１４（超電導コイル１３）は、荷重支持体２０により鉄心１２に高い信頼性を持って支持される。

ところで、前記したように鉄心１２は常温であるのに対し、コイル容器１４は超電導コイル１３を超電導状態とするために極低温とされる。よって、鉄心１２とコイル容器１４との間に配設される荷重支持体２０を介して鉄心１２からコイル容器１４に熱が侵入すると、超電導コイル１３の冷却効率が低下してしまうことは前述した通りである。

そこで本実施形態では、荷重支持球２３Ａ，２３Ｂを設けることにより、荷重支持体２０が鉄心１２及びコイル容器１４に点接触するようにし、これにより鉄心１２からコイル容器１４（超電導コイル１３）への熱伝導を低減するよう構成した。荷重支持体２０が鉄心１２及びコイル容器１４に点接触することにより、荷重支持体２０と鉄心１２との接触面積及び荷重支持体２０とコイル容器１４の接触面積は、従来のような面接触であった構成に比べて小さくなる。

ここで、荷重支持体２０を熱伝導物体として考え、鉄心１２の温度をＴ１、コイル容器１４の温度をＴ２（＜Ｔ１）、形状特性に起因する定数をａ（一定値）、荷重支持体２０が鉄心１２及びコイル容器１４に接触する接触面積をＡ、荷重支持体２０の熱伝導率をκとすると、フーリエの法則によりコイル容器１４が鉄心１２から得る熱量ΔＱは、ΔＱ＝κ×｛（Ｔ１−Ｔ２）／ａ｝×Ａ×Δｔとして示される。この式より、接触面積をＡが小さくなる程、コイル容器１４が鉄心１２から得る熱量ΔＱが低減することがわかる。

よって、本実施形態のように荷重支持体２０が鉄心１２及びコイル容器１４に対して点接触する構成とすることにより、鉄心１２からコイル容器１４への熱伝導を低減でき、これにより超電導コイル１３（コイル容器１４）の冷却効率を高めることができる。また、超電導コイル１３の冷却効率を高めることができることにより、鉄心１２からの熱伝導を考慮して冷凍機１８の台数を増やしたり、また出力の高い冷凍機１８を用いたりする必要はなくなり、製品コスト及びランニングコストの低減を図ることができる。

次に、図３乃至図６を参照し、本発明の第２乃至第５実施形態である超電導マグネット装置について説明する。

各実施形態に係る発明の特徴は荷重支持体にあり、他の構成は図１に示した構成と同一である。このため、以下の説明においては、特徴となる荷重支持体３０，４０，５０，６０についてのみ図示して説明することとする。尚、図３乃至図６において、第１実施形態である超電導マグネット装置１０及び荷重支持体２０の説明に用いた図１及び図２に示された構成と対応する構成については、同一符号を付してその説明を適宜省略する。

図３は、第２実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体３０を示している。図３（Ａ）は荷重支持体３０の縦断面図であり、図３（Ｂ）は荷重支持体３０を平面視した図（図３（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視図）である。

前記した第１実施形態では荷重支持体３０が鉄心１２及びコイル容器１４と接触する部位に球状部材である荷重支持球２３Ａ，２３Ｂを配設し、これにより荷重支持体３０の端部が鉄心１２及びコイル容器１４と点接触するよう構成した。

これに対して本実施形態に係る荷重支持体３０は、荷重支持球２３Ａ，２３Ｂに代えてホルダ部２２Ａ，２２Ｂにドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂを配設したことを特徴としている。よって荷重支持体３０は、その両端部にドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂが設けられた構成とされている。

ドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂは、例えばSUJ2,SUS440C,SUS304,セラミックス等の硬質材料をドーナッツ形状に成形したものである。このドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂは、ホルダ部２２Ａ，２２Ｂの装着部２２ａ内に装着される。この装着状態において、ドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂもホルダ部２２Ａ，２２Ｂから突出するよう構成されている。即ち、ドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂの断面の直径は、装着部２２ａの深さよりも大きく設定されている。

よって、鉄心１２とコイル容器１４との間に荷重支持体３０を配設した際、コイル容器１４側ではドーナッツ状支持体３１Ａがコイル容器１４と線接触し、鉄心１２側ではドーナッツ状支持体３１Ｂが鉄心１２と線接触する。即ち、荷重支持体３０と鉄心１２との間、及び荷重支持体３０とコイル容器１４との間は、線接触（環状の線接触）により支持された構成となる。

ドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂも荷重支持球２３Ａ，２３Ｂと同様に強度の高い材質により形成されている。このため、荷重支持体３０と鉄心１２及びコイル容器１４とを線接触により支持する構成としても、ドーナッツ状支持体３１Ａ，３１Ｂが損傷するようなことはなく、コイル容器１４（超電導コイル１３）を高い信頼性を持って支持することができる。

また、荷重支持体３０が鉄心１２及びコイル容器１４に対して線接触することにより、荷重支持体３０と鉄心１２及びコイル容器１４との接触面積は、従来のような面接触の構成に比べて小さくなる。よって、本実施形態に係る荷重支持体３０を用いることによっても、鉄心１２からコイル容器１４への熱伝導を低減でき、超電導コイル１３の冷却効率を高めることができ、超電導マグネット装置１０及び荷重支持体３０の製品コスト及びランニングコストの低減を図ることができる。

図４は、第３実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体４０を示している。

本実施形態に係る荷重支持体４０は、円筒部２１の両端部に球状部材である支持球体部４１Ａ，４１Ｂを直接固定すると共に、鉄心１２に湾曲凹部１２ａを、コイル容器１４に湾曲凹部１４ａを形成したことを特徴としている。

支持球体部４１Ａ，４１Ｂは、ＦＲＰを球状に形成したものである。この支持球体部４１Ａ，４１Ｂの表面には耐磨耗材４２Ａ，４２Ｂが設けられている。一方、湾曲凹部１２ａ，１４ａは鉄心１２，１４に一体的に形成されている。この湾曲凹部１２ａ，１４ａは、その内部に支持球体部４１Ａ，４１Ｂを挿入することができる。また、湾曲凹部１２ａ，１４ａの内壁には、耐磨耗材４３Ａ，４３Ｂが設けられている。

この支持球体部４１Ａと湾曲凹部１４ａとの間にはコロ状支持体４４Ａが配設され、また支持球体部４１Ｂと湾曲凹部１２ａとの間にはコロ状支持体４４Ｂが配設される。コロ状支持体４４Ａ，４４Ｂは、例えばSUJ2,SUS440C,SUS304,セラミックス等の硬質材料よりなる断面円形状の棒状体である。

本実施形態では、支持球体部４１Ａと湾曲凹部１２ａとの間に５本のコロ状支持体４４Ａを配置し、支持球体部４１Ｂと湾曲凹部１２ａとの間にも５本のコロ状支持体４４Ｂを配置した例を示している。しかしながら、コロ状支持体４４Ａ，４４Ｂの配置数はこれに限定されるものではなく、鉄心１２とコイル容器１４との間に印加される荷重に基づきその配置本数を適宜選定することができる。

また，コロ状支持体４４Ａ，４４Ｂと支持球体部４１Ａ，４１Ｂとの間には耐磨耗材４２Ａ，４２Ｂが介装されているため、コロ状支持体４４Ａ，４４Ｂを設けても支持球体部４１Ａ，４１Ｂが損傷するようなことはない。同様に、コロ状支持体４４Ａ，４４Ｂと湾曲凹部１２ａ，１４ａとの間にも耐磨耗材４３Ａ，４３Ｂが介装されているため、コロ状支持体４４Ａ，４４Ｂを設けても湾曲凹部１２ａ，１４ａが損傷するようなことはない。

また、支持球体部４１Ａ，４１Ｂと湾曲凹部１２ａ，１４ａとの間にコロ状支持体４４Ａ，４４Ｂが介在することにより、支持球体部４１Ａ，４１Ｂとコロ状支持体４４Ａ，４４Ｂとの間、及び湾曲凹部１２ａ，１４ａとコロ状支持体４４Ａ，４４Ｂとの間は線接触（直線状の線接触）となる。

このように本実施形態においても、荷重支持体４０が鉄心１２及びコイル容器１４に線接触するため、荷重支持体４０と鉄心１２及びコイル容器１４との接触面積は、従来のような面接触の構成に比べて小さくなる。よって、本実施形態に係る荷重支持体４０を用いることによっても、鉄心１２からコイル容器１４への熱伝導を低減でき、超電導コイル１３の冷却効率を高めることができる。これにより、超電導マグネット装置１０及び荷重支持体４０の製品コスト及びランニングコストの低減を図ることができる。

また、支持球体部４１Ａ，４１Ｂが湾曲凹部１２ａ，１４ａ内に位置しているため、超電導コイル１３に図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向（円筒部２１の延在方向に対して直行する方向）に荷重が作用したとしても、支持球体部４１Ａ，４１Ｂが湾曲凹部１２ａ，１４ａから離脱するようなことはない。よって、荷重支持体４０により、超電導コイル１３のＸ１，Ｘ２方向への変位を規制することができ、超電導コイル１３（コイル容器１４）を鉄心１２に対してより確実に支持することができる。

図５は、第４実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体５０を示している。図５（Ａ）は荷重支持体５０の縦断面図であり、図５（Ｂ）は荷重支持体５０を平面視した図（図５（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視図）である。

本実施形態に係る荷重支持体５０は、円筒部２１の両端部に支持ブロック５１Ａ，５１Ｂが固定された構成とされている。この荷重支持体５０は、支持ブロック５１Ａ，５１Ｂが鉄心１２及びコイル容器１４に接触することにより鉄心１２に対してコイル容器１４を支持する。

この支持ブロック５１Ａ，５１Ｂは、ＦＲＰにより形成されている。また、各支持ブロック５１Ａ，５１Ｂは平面視した状態で、図５（Ｂ）に示すように六角形状の複数の貫通孔が形成されており、枠状部５２内にハニカム部５３が形成された構成となっている。

よって、鉄心１２とコイル容器１４との間に荷重支持体５０を配設した際、支持ブロック５１Ａとコイル容器１４及び支持ブロック５１Ｂと鉄心１２は、枠状部５２とハニカム部５３が鉄心１２及びコイル容器１４と接触することとなる。これにより、ハニカム部５３と鉄心１２とが接触する部分、及びハニカム部５３とコイル容器１４とが接触する部分は、線接触（ハニカム形状に沿った線接触）となる。

このように本実施形態においても、荷重支持体５０が鉄心１２及びコイル容器１４に対して線接触するため、荷重支持体５０と鉄心１２及びコイル容器１４との接触面積は、従来のような面接触の構成に比べて小さくなる。よって、本実施形態に係る荷重支持体５０を用いることによっても、鉄心１２からコイル容器１４への熱伝導を低減でき、超電導コイル１３（コイル容器１４）の冷却効率を高めることができる。このため、超電導マグネット装置１０及び荷重支持体５０の製品コスト及びランニングコストの低減を図ることができる。

また、支持ブロック５１Ａ，５１Ｂは矩形状を有しているため、円筒部２１に対する支持ブロック５１Ａ，５１Ｂの取り付けを容易に行うことができる。また、荷重支持体５０を鉄心１２とコイル容器１４との間に配設する時も、上記のように線接触を行う構成でありながら支持ブロック５１Ａ，５１Ｂの外形状は矩形状を有しているため、荷重支持体５０の取り付けを容易に行うことができる。また、ハニカム形状は機械的強度が高いことが知られており、よって支持ブロック５１Ａにハニカム部５３を設けることにより、大きな荷重に対応することができる。

尚、枠状部５２内に形成される壁部の形状はハニカム形状に限定されるものではなく、図５（Ｃ）に示すように、支持ブロック５４を枠状部５２内に格子状の格子部５５形状した構成としてもよい。この構成とされた支持ブロック５４においても、格子部５５は鉄心１２及びコイル容器１４と線接触することとなり、鉄心１２からコイル容器１４への熱伝導を低減することができる。

図６は、第５実施形態である超電導マグネット装置に設けられた荷重支持体６０を示している。本実施形態に係る荷重支持体６０は、円筒部２１の両端部に設けられたホルダ部６１Ａ，６１Ｂにそれぞれ湾曲凹部６１ａ，６１ｂを形成すると共に、コイル容器１４の荷重支持球６３Ａと対向する位置に湾曲凹部１４ａを形成し、鉄心１２の荷重支持球６３Ｂと対向する位置に湾曲凹部１２ａを形成した構成としている。そして荷重支持球６３Ａを湾曲凹部６１ａと湾曲凹部１４ａとの間に配設し、荷重支持球６３Ｂを湾曲凹部６１ｂと湾曲凹部１２ａとの間に配設した構成としている。

また、湾曲凹部６１ａの曲率半径（Ｒ１とする）及び湾曲凹部１４ａの曲率半径（Ｒ２とする）は、荷重支持球６３Ａの半径（Ｒ３とする）よりも大きく設定されている（Ｒ１＞Ｒ２，Ｒ１＞Ｒ３）。この構成とすることにより、荷重支持球６３Ａは、湾曲凹部６１ａ及び湾曲凹部１４ａに対して点接触することとなる。

同様に、湾曲凹部６１ｂの曲率半径（Ｒ４とする）及び湾曲凹部１２ａの曲率半径（Ｒ５とする）は、荷重支持球６３Ｂの半径（Ｒ６とする）よりも大きく設定されている（Ｒ４＞Ｒ６，Ｒ５＞Ｒ６）。この構成とすることにより、荷重支持球６３Ｂも湾曲凹部６１ｂ及び湾曲凹部１２ａに対して点接触することとなる。

また、荷重支持球６３Ａ，６３Ｂは、例えばSUJ2,SUS440C,SUS304,セラミックス等の硬質材料により形成されている。また、ホルダ部６１Ａ，６１ＢはＦＲＰにより形成されている。尚、湾曲凹部６１ａ，６１ｂの内面には耐磨耗部６２Ａ，６２Ｂが設けられ、また湾曲凹部１２ａ，１４ａの内面にも耐磨耗材４３Ａ，４３Ｂが設けられている。

上記のように本実施形態においても、荷重支持体６０が鉄心１２及びコイル容器１４に対して点接触するため、荷重支持体６０と鉄心１２及びコイル容器１４との接触面積は、従来のような面接触の構成に比べて小さくなる。よって、鉄心１２からコイル容器１４への熱伝導を低減でき、超電導コイル１３（コイル容器１４）の冷却効率を高めることができる。また本実施形態においても、超電導コイル１３のＸ１，Ｘ２方向への変位を荷重支持体６０により規制することができ、超電導コイル１３（コイル容器１４）を鉄心１２に対しより確実に支持することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

具体的には、上記した各実施形態に係る荷重支持体２０，３０，４０，５０，６０では円筒部２１の上下の構成を対称な構成としたが、必ずしも対称形状とする必要はなく、鉄心１２側とコイル容器１４側で大きさや形状を異ならせた構成としてもよい。

１０ 超電導マグネット装置
１２ 鉄心
１２ａ，１４ａ，６１ａ，６１ｂ 湾曲凹部
１３ 超電導コイル
１３ａ 巻枠
１４ コイル容器
１７ 熱シールド板
１８ 冷凍機１８
２０，３０，４０，５０，６０ 荷重支持体２０
２１ 円筒部
２２Ａ，２２Ｂ ホルダ部
２３Ａ，２３Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ 荷重支持球
２４Ａ，２４Ｂ 保持部材
３１Ａ，３１Ｂ ドーナッツ状支持体
４１Ａ，４１Ｂ 支持球体部
４４Ａ，４４Ｂ コロ状支持体
５１Ａ，５１Ｂ，５４ 支持ブロック
５２ 枠状部
５３ ハニカム部
５５ 格子部
６１Ａ，６１Ｂ ホルダ部

Claims (5)

1. 真空容器と、
   超電導コイルと、
   前記超電導コイルが超電導状態となるよう冷却を行う冷凍機と、
   前記真空容器と前記超電導コイルとの間に配設され、前記真空容器に対して前記超電導コイルを支持する荷重支持体とを有する超電導マグネット装置であって、
   前記荷重支持体の端部は、前記真空容器及び前記超電導コイルに対し、点接触又は線接触してなることを特徴とする超電導マグネット装置。
2. 前記荷重支持体の端部に球状部材を設けることにより、前記荷重支持体の端部が前記真空容器及び前記超電導コイルに対し点接触するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の超電導マグネット装置。
3. 前記荷重支持体の端部にドーナッツ状部材を設けることにより、前記荷重支持体の端部が前記真空容器及び前記超電導コイルに対し線接触するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の超電導マグネット装置。
4. 前記荷重支持体の端部に、ハニカム形状部を設けることにより、前記荷重支持体の端部が前記真空容器及び前記超電導コイルに対し線接触するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の超電導マグネット装置。
5. 前記荷重支持体の端部に、格子形状部を設けることにより、前記荷重支持体の端部が前記真空容器及び前記超電導コイルに対し線接触するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の超電導マグネット装置。

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